綠色小水電理念在河道生態治理項目設計中的應用

鄒一雄

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢 430000）

1 研究背景

通城縣外環大橋攔河閘樞紐水電站工程作為新時代建設的小水電工程，為了充分發揮小水電開發的綜合效益，降低小水電開發的不利影響，通過小水電建設促進項目區經濟、社會與環境的可持續發展，在工程的全生命周期中都需要積極貫徹綠色小水電理念，確保實現建成人水和諧、生態友好的綠色小水電的目標。

傳統意義上認為小水電是綠色能源，主要針對的是以化石能源和火電為主導的能源電力結構，但水電工程建設對自然環境的影響是客觀存在的，小水電的開發利用也不例外。從20 世紀80 年代開始，國外學者對水電開發帶來的不利影響進行了總結，并開展了綠色水電探索工作，從而先后建立了瑞士的綠色水電認證、美國的低影響水電認證和國際水電協會的水電可持續性評估【1，2】。

在分析國際經驗、調研國內小水電建設的現狀、研究小水電存在的主要問題和征求意見的基礎上，水利部以水利行業技術標準的角度給出了綠色小水電的定義：在生態環境友好、社會和諧、管理規范、經濟合理方面具有示范性的小型水電站。

2 基于綠色小水電理念的工程設計

通城縣城區河道生態治理PPP 項目建設內容包括河道生態治理、新建攔河閘樞紐和蓄水壩、新建濕地公園、旅游公路等。其中，新建的外環大橋攔河閘樞紐包括攔河鋼壩閘和水電站工程。在該項目工程設計中，各專業協同配合，從多個角度積極踐行了綠色小水電理念，主要體現在以下4 方面。

2.1 工程總體布局

外環大橋攔河閘樞紐主要功能是形成河道水面景觀，兼顧發電功能。攔河閘樞紐正常擋水高度為4.7m，正常蓄水位86.7m，閘址處河道河勢平順，水流條件平穩，河床寬闊，過流能力強，地質條件較好。工程總體布局為垂直水流方向，自左向右并列布置162.6m 長攔河閘及32.5m 長電站廠房。

攔河閘樞紐水電站主要考慮利用攔河閘樞紐的水頭發電，電站布置在攔河閘右岸，開發形式為河床式，具體運行方式為：當上游來水小于電站的最大過流能力時，來水通過水輪機發電后直接進入下游河道；當來水量進一步增加時，超過電站最大引用流量的來水可以從閘頂溢流進入下游河道；當閘上水位超過閘頂0.3m 時，逐漸將閘板放倒，河水自由下泄。

電站工程總體布局和開發方式選擇中充分考慮了綜合利用功能要求，以水體景觀功能優先，發電效益為輔，并嚴格依據綠色小水電理念進行規劃設計，具體體現在：

1）電站采用河床式，無調節性能，壩后無減水或脫水河段，對河道生態需水無不利影響；

2）工程自然狀態下能維持廠壩間河段的連通性、蜿蜒性以及原真性，對河道形態無不利影響；

3）擋水建筑物為鋼壩閘，汛期可以全部放平閘門泄洪，對河道輸沙影響很小；

4）工程選址河段不涉及重點保護、珍稀瀕危以及開發區域河段特有的水生、陸生生物，對水生和陸生生態影響很小；

5）工程蓄水后形成的水面均位于現有河道范圍內，未淹沒兩岸耕地，不產生新增移民，不會產生移民安置和社會穩定方面的不利影響。

2.2 生態與景觀設計

攔河閘樞紐上游雋水河的防洪標準為20a 一遇，河道護坡采用了1∶2 連鎖式生態混凝土砌塊護坡+草皮護坡結構，在確保防洪安全的同時，既能減少土方開挖，又能滿足河道兩岸生態景觀需求。

教師隊伍建設是學校發展的基礎，是保證教育教學質量的核心內容。為了滿足新華學院跨越式發展的需要，滿足培養高素質應用型專業人才的需要，為了改善教師的知識結構和能力結構，信息工程學院正在大力培養精湛的工作，專業化和一體化。新華學院的發展和社會需要一支兼容性和可持續性的高水平“雙能”教師隊伍。實踐教育基地的建設為培養“雙能”教師提供了良好的環境。根據我院的需要，要積極派教師到實習基地，企業等生產線進行實際操作，技能培訓等工作，在實踐中培養教師的實踐技能和動手能力。爭取每年至少培養1-2名“雙能型”教師。

在外環大橋攔河閘樞紐上游左岸布置了面積為9.5hm2的雋水湖濕地公園，充分利用現有河岸帶自然形態，緩坡入水，保護自然生境，打造生態型郊野旅游目的地。

河道工程和景觀設計中也積極采用了符合綠色小水電要求的設計方案，具體體現在：

1）河岸采用生態護坡，能起到降低水體富營養化、凈化水質、改善水生生物棲息環境等效果；

2）充分結合電站庫區水面，營造濕地公園景觀，結合水深變化種植不同水生植物，塑造濕地生境。

2.3 電站工程設計

在外環大橋攔河閘樞紐水電站工程規模的確定中，采用攔河閘樞紐處長系列逐日流量成果，采取多種方法并經過技術經濟比選確定了水電站的裝機容量為900kW，年發電量為374.5×104kW·h。

外環大橋攔河閘樞紐水電站尾水位變化范圍較大，故采用軸流定漿機組方案，水輪機選用3 臺ZDJ6-LH-174 型軸流定槳機組方案，額定效率91.8%，最高效率92.2%，配套發電機型號為SF300-36/2150，發電機效率≥91%。水電站控制系統配備微機調速器、微機保護自動控制器、微機勵磁裝置等設備。

為分析電站機組規模的合理性，本次計算了水電站節能減排的替代效應和減排效率2 項指標。

替代效應計算公式為：

式中，p 為替代效應，t/kW；W 為水電站年發電量，104kW·h；U為單位千瓦時火電煤耗，g/（kW·h）；C 為水電站設計裝機容量，kW。

減排效率計算公式為：

式中，e 為減排效率，kg/m3；W 為水電站年發電量，104kW·h；f為排放因子，采用華中區域電網基準線電量邊際排放因子和容量邊際排放因子的均值計算；V 為正常蓄水位對應庫容，104m3。

2 項指標主要計算參數見表1。

經計算，替代效應p 的指標值為1.29，賦分值為5 分；排效率e 的指標值為1.33，賦分值為3。

表1 替代效應和減排效率計算表

電站工程設計中充分體現了綠色小水電的設計理念，具體體現在：

1）水電站在替代效應和減排效率指標賦分中得8 分（滿分10 分），說明電站裝機規模合理、水能資源利用效率好；

2）水輪發電機組效率達80%以上，滿足規范的要求；

3）調速器和勵磁設備采用微機型，自動化程度高；

4）電氣設備選用可靠性高、故障率低的安全節能環保型產品；

5）滿足無人值班或少人值守的要求，有利于實現信息化管理。

2.4 綜合評價

建設綠色小水電工程，從前期規劃設計階段就應深入貫徹綠色小水電的理念。根據設計階段的主要工作內容并參考綠色小水電評價指標體系中的項目和分值，建立了工程設計階段綠色小水電評價體系（見表2）。

表2 工程設計階段綠色小水電評價體系

采用綠色小水電評價指標體系中各項指標的賦分標準，對本工程設計中各項指標滿足綠色小水電要求程度進行綜合評價，并將各項得分歸一化處理后按權重求和，即可得到工程設計階段綠色小水電符合度指標。經計算，本工程設計階段成果的綠色小水電符合度為0.97，說明設計成果充分滿足綠色小水電要求。

3 結語

發展綠色小水電是新時代小水電建設的必然要求，從設計階段就積極貫徹綠色小水電理念，既體現了建設綠色小水電的基本內涵，也有助于新建小水電項目順利通過立項審批。

外環大橋攔河閘樞紐水電站設計方案在工程總體布局、生態與景觀設計、電站工程設計等方面均充分踐行了綠色小水電的理念，既能充分利用河道水能資源，又減少了對生態環境的不利影響。

建立了工程設計階段的綠色小水電綜合評價體系，評價表明，本工程設計階段成果的綠色小水電符合度為0.97，該評價體系對其他小水電工程設計項目具有一定的指導和借鑒意義。